Sujet 1L2 des épreuves Enseignement Scientifique Le 5 novembre 2013
Durée de l'épreuve : 40 min
L'usage de la calculatrice est autorisé.
Partie 1 : L’histoire de Benjamin Franklin
Document 1 : L’invention des lunettes à double foyer.
Benjamin Franklin mit ses talents d'observateur au service de la science expérimentale et fut, on le sait, à l'origine de bon nombre d'inventions : du poêle à combustion interne, du paratonnerre mais aussi ... des lunettes à double foyer.
L'âge arrivant, Franklin devait utiliser deux paires de lunettes : l'une pour voir de près, l'autre pour voir de loin. Manipulations qui peuvent devenir fort irritantes, on peut le comprendre....
Aussi eut-il l'idée de couper les verres de chaque paire en deux, puis de disposer les moitiés de ses verres concaves dans la partie haute de sa monture, et les moitiés convexes dans la partie basse.
Dans une lettre du 21 août 1784, Franklin explique, croquis à l'appui, à l'un de ses amis, George Watley, sa découverte : des lunettes "qui me
permettent de voir des objets aussi bien lointains que proches et qui donnent à mes yeux une acuité qu'ils n'ont jamais eue". !
Source : http://instants.over-blog.com
Document 2 : Lentilles concaves et convexes
Lentilles convexes Lentilles concaves
Document 3 : Les verres progressifs
Actuellement, pour corriger les défauts de vision dont est atteint Benjamin Franklin, la solution la plus aboutie est l’utilisation de verres progressifs.
« Le principe est de réaliser sur un seul et même verre, toutes les puissances nécessaires à la correction de la vision de loin jusqu’à la vision de près, en passant par toutes les distances de vision intermédiaires. Cela est possible par une augmentation douce et progressive de la puissance du verre entre le haut et le bas du verre : d’où le nom de verre progressif ».
QUESTIONS
A l’aide des documents et de vos connaissances, répondre aux questions suivantes :
Question 1 : / 2
En justifiant la réponse, citer les noms donnés aux lentilles convexes et aux lentilles concaves.
Question 2 : / 2,5
En argumentant la réponse, indiquer les deux défauts de vision dont souffrait Benjamin Franklin.
Question 3 : / 1
On s’intéresse ici à la vision de loin non corrigée de Benjamin Franklin.
Répondre à la question 3 sur la feuille-réponse en annexe .
Question 4 : / 1,5
On s’intéresse ici à la vision de loin corrigée de Benjamin Franklin.
Répondre à la question 4 sur la feuille-réponse en annexe
Question 5 : / 1
Le document 3 évoque la « puissance d’un verre ». Proposer un autre terme scientifique adapté en précisant son unité.
Question 6 : / 2,5
On considère une lentille notée L1 convexe de vergence V1 = + 2 δ et une lentille L2 concave de vergence V2 = - 2 δ. a / Donner le nom de l'unité représentée par le symbole δ.
b/ Calcule la distance focale de la lentille L1
ANNEXE
À RENDRE AVEC LA COPIE
Question 3 :
Sur le schéma ci-dessous, compléter le trajet des rayons lumineux expliquant le défaut de vision de loin de Benjamin Franklin
Question 4 :
Sur le schéma ci-dessous, symboliser la lentille permettant de corriger le défaut de vision de loin de Benjamin Franklin, puis compléter le trajet des rayons lumineux modélisant la correction de la vision.
Partie 2 : Histoire de la vision
Document : extrait d’un article de « La Recherche », juillet-août 2010
« Pourquoi diable dit-on « jeter un coup d’œil » ou « foudroyer du regard » ? Les bizarreries de la langue française rappellent une vieille controverse : comment fonctionne la vision ?
Et quel est son « sens » : de l’œil à l’objet ou de l’objet à l’œil ? La dispute scientifique remonte à l’Antiquité. En lice : deux théories, connues sous les noms d’intromission et d’émission. La première, assignant à l’œil un rôle passif, décrivait le phénomène de la vision par un quelque chose allant de l’objet à l’œil. La seconde, octroyant à l’œil un rôle plus actif, expliquait la vision par un quelque chose allant de l’œil à l’objet.
Pour les mathématiciens Euclide et Ptolémée tenants de l’émission, des rayons visuels jaillissaient de la pupille pour partir à la rencontre de l’objet. Pour les partisans de l’émission, l’existence d’un feu oculaire était une croyance tenace, corroborée par l’observation de l’œil des félins, qui luisait dans l’obscurité, et par l’existence de sensations lumineuses surgissant dans l’œil à l’occasion d’un choc ou d’un traumatisme.
A l’encontre de la thèse de l’émission, en revanche, s’inscrivait l’absence de vision nocturne. Un œil émetteur aurait dû être en mesure de remplir ses fonctions même dans l’obscurité.
La mise en évidence du rôle de la lumière en tant qu’agent de la sensation visuelle allait émerger à la charnière du Xe et du XIe siècle, grâce au mathématicien, physicien et astronome arabe Al-Hasan Ibn al-Haytham appelé encore Alhazen.
Ses réflexions et expériences l’amenèrent à condamner sans appel la théorie de l’émission.
Ce fut ensuite grâce à un astronome allemand, Johannes Kepler, que la théorie de l’intromission allait marquer un point de plus, en 1604. Il montra que le cristallin, milieu transparent, se substituait à une lentille et que la rétine tenait lieu d’écran et se révélait ainsi véritable agent sensoriel. L’image rétinienne fut effectivement observée quelques années plus tard, en 1625, par le jésuite allemand Christoph Scheiner. Ce dernier avait pratiqué une petite ouverture au fond de l’œil d’un bovin mort, de manière à dégager la rétine. A travers cette ouverture, il observa une image renversée des objets à l’entour ».
QUESTIONS
A l’aide des documents et de vos connaissances, répondre aux questions suivantes :
Question 1 : / 2,5
Le document présente deux théories opposées sur la propagation des rayons lumineux.
Nommer et représenter l’hypothèse de chacune de ces théories sous la forme d’un schéma simplifié. Quelle théorie Alhazen a-t- il défendu ?
Question 2 : / 1,5
A l’aide du document, expliquer pourquoi Kepler a joué un rôle capital dans la compréhension de la conception de la vision.
Question 3 : / 1,5
A notre époque, le physicien utilise le « modèle réduit de l’oeil » pour expliquer le principe de fonctionnement de l’oeil en tant « qu’instrument d’optique ». Quels sont les deux éléments indispensables qu’il associe à ceux de l’oeil réel ?
Question 4 : / 2,5
Compléter le schéma (donné en annexe ) et justifier l’observation du jésuite allemand Christoph Scheiner en construisant l’image A’B’ de l’objet AB.
Question 5 : / 1,5
Les expressions « jeter un coup d’oeil » ou « foudroyer du regard » ont-elles une réalité physique ? Justifier.
Annexe
À RENDRE AVEC LA COPIE Question 4 :
Compléter le schéma et justifier l’observation du jésuite allemand Christoph Scheiner en construisant l’image A’B’ de l’objet AB.
A
